DE19857139C1 - Preparation of ends of fiber bundle in dialysis machine by using lasers in final cutting - Google Patents
Preparation of ends of fiber bundle in dialysis machine by using lasers in final cuttingInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf die Gebiete der Medizintechnik und der Lasertechnik und betrifft Dialysatoren, wie sie beispielsweise zur Hämodialyse und Ultrafiltration verwendet werden können, und ein Verfahren zur Modifizierung dieser Dialysatoren mittels eines Lasers.The invention relates to the fields of medical technology and laser technology and relates to dialyzers such as those used for hemodialysis and ultrafiltration can be used, and a method for modifying these dialyzers using a laser.
Für die Flüssigphasenpermeation, insbesondere die Hämofiltration und Ultrafiltration werden seit langem Kapillarhohlmembranen eingesetzt. Diese Hohlmembranen kön nen aus verschiedenen Materialien hergestellt sein, beispielsweise aus Zellulose.For liquid phase permeation, especially hemofiltration and ultrafiltration hollow capillary membranes have been used for a long time. These hollow membranes can NEN be made of different materials, such as cellulose.
Derartige Hohlmembranen werden zu Bündeln zusammengefaßt und in einen zylin drischen Filterkörper, den Dialysator, eingesetzt. Anschließend werden die beiden Bündelenden unter Verwendung eines Kunststoff in den Dialysator fixiert. Dabei können die verschiedensten Kunststoffe zur Anwendung kommen. Durch diese Fi xierung wird gleichzeitig der Dialysator und auch die Hohlmembranen gegen den Dialysator abgedichtet. Im Anschluß wird der überstehende Kunststoff, in dem die Hohlmembranenden eingebettet sind, durch einem mehrstufigen Schneidvorgang entfernt, so daß die Hohlmembranenden wieder freigelegt werden.Such hollow membranes are combined into bundles and in a zylin drischer filter body, the dialyzer used. Then the two Bundle ends fixed in the dialyzer using a plastic. Here a wide variety of plastics can be used. Through this fi The dialyzer and the hollow membranes against the Dialyzer sealed. Then the protruding plastic, in which the Hollow membrane ends are embedded by a multi-stage cutting process removed so that the hollow membrane ends are exposed again.
In US 5,814,179 ist der Stand der Technik bezüglich der Herstellung von Dialysato ren und den Anforderungen an sie detailliert dargestellt und die Probleme beim Her stellungsprozeß sind angegeben. Der inhaltliche Schwerpunkt liegt bei der Verbes serung der Effektivität der Membranwirkung der eingesetzten Hohlmembranen. Die Freilegung der Hohlmembranenden erfolgt durch einen mechanischen Schneidvor gang (WO 98/28065 A1). Damit hängt die Qualität von Dialysatoren und insbeson dere die Qualität der Schnittflächen mit den Ein- und Austrittsöffnungen der Hohl membranen allein von der erreichbaren Qualität des mechanischen Schnittes ab.In US 5,814,179 is the prior art regarding the production of dialysato and the requirements placed on them in detail and the problems with the manufacture position process are specified. The main focus is on the verb improvement of the effectiveness of the membrane effect of the hollow membranes used. The The hollow membrane ends are exposed by a mechanical cutting device course (WO 98/28065 A1). This depends on the quality of dialyzers and in particular the quality of the cut surfaces with the inlet and outlet openings of the hollow membranes depend solely on the achievable quality of the mechanical cut.
Für einen Schneidvorgang werden in der Regel jeweils mindestens 2 Vorschnitte und 2 Feinschnitte je Dialysatorende benötigt. Für jeden Schnitt kommt dabei ein anderes Messer zum Einsatz, d. h. es sind acht Messer pro Anlage notwendig. Es werden gehärtete Stahlmesser mit Doppelschliff und geläppter Fase verwendet. Die Standzeit der Messer ist sehr unterschiedlich, sie liegt zwischen 10 und maximal 3000 Schnitten pro Messer. Für jeden Messerwechsel muß die Anlage angehalten werden. Es kommt also zu häufigen Stillstandszeiten. Diese Stillstandszeiten verän dern außerdem das Schnittergebnis durch die fortschreitende Aushärtung des Kunststoffes negativ.As a rule, at least 2 pre-cuts are made for each cutting process and 2 fine cuts per dialyzer end are required. There is one for each cut use another knife, d. H. eight knives are required per system. It hardened steel knives with double grinding and lapped bevel are used. The The service life of the knives varies greatly, it is between 10 and maximum 3000 cuts per knife. The system must stop for each knife change become. So there are frequent downtimes. These downtimes change also the cutting result through the progressive hardening of the Plastic negative.
Während des Schneidvorganges verläuft die Schnittrichtung senkrecht zur Längs achse der Hohlmembran, es gibt keine seitliche Schnittkraftkomponente, wie beim bewegten Kreisschnitt. Der Freiwinkel der Messer muß möglichst klein gewählt wer den, um eine Schnittkraftkomponente parallel zur Hohlmembran und damit ein Her ausziehen der Hohlmembran zu vermeiden. Kleine Freiwinkel verursachen aber auch ein Abgleiten der Messerfreifläche auf dem Kunststoff in Folge einer elasti schen Rückfederung und damit eine nachfolgende Schädigung der Schnittfläche durch Reibung.During the cutting process, the cutting direction is perpendicular to the longitudinal axis of the hollow membrane, there is no lateral cutting force component, as with the moving circular section. The clearance angle of the knives must be chosen as small as possible the to a cutting force component parallel to the hollow membrane and thus a Her to avoid pulling out the hollow membrane. Small clearance angles cause also a sliding of the knife free area on the plastic as a result of an elastic springback and thus subsequent damage to the cut surface by friction.
Nach dem letzten Schnitt muß der Kunststoff eine mikroskopisch glatte Oberfläche aufweisen (Fig. 1). Dabei dürfen die Hohlmembranen nicht beschädigt oder aus dem Kunststoff gelöst werden. Schon geringfügige Beschädigungen an der Oberfläche des Hohlmembranenden würden während des Einsatzes zu Verletzungen der roten Blutkörperchen und damit zu Blutgerinnungen führen. Um diese hohen Anforde rungen zu erfüllen, werden die verwendeten Schneidmesser sehr oft ausgetauscht. Trotzdem ist die Ausschußquote sehr hoch. After the last cut, the plastic must have a microscopically smooth surface ( Fig. 1). The hollow membranes must not be damaged or detached from the plastic. Even minor damage to the surface of the hollow membrane end would lead to injuries to the red blood cells and thus to blood clotting during use. In order to meet these high requirements, the cutting knives used are very often replaced. Nevertheless, the reject rate is very high.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Stillstandszeiten bei der Bearbeitung der Dialysatorenden zu verringern und eine glatte Oberfläche der Dialysatorenden zu erreichen.The object of the invention is the downtimes during processing of the dialyzer ends and a smooth surface of the dialyzer ends to reach.
Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Erfindung gelöst. Wei terbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.The object is achieved by the invention specified in the claims. Wei Further training is the subject of the subclaims.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird ein erfindungsgemäßer Dialysator her gestellt, der aus Hohlmembranbündeln in einem zylindrischen Körper besteht. Diese Hohlmembranbündel sind an ihren Enden an beiden Stirnseiten in einen Kunststoff eingebettet, der sowohl den Körper, als auch die Hohlmembranen gegen den Körper abdichtet. Nach dem Abschneiden und Entfernen des überschüssigen Kunststoffes von den Stirnflächen des Dialysators sind alle Hohlmembranenden offen und bilden mit der Kunststoffoberfläche eine Ebene. Durch das erfindungsgemäße Verfahren sind nun die Hohlmembranenden in den Ein- und Austrittsbereichen im Bereich der Kunststoffeinbettung trichterförmig ausgebildet, weisen verrundete Berandungen und zusammen mit dem Kunststoff eine glatte, geschmolzene und gereinigte Ober fläche auf.A dialyser according to the invention is produced by the method according to the invention provided, which consists of hollow membrane bundles in a cylindrical body. This Hollow membrane bundles are at their ends on both ends in a plastic embedded, which both the body, as well as the hollow membranes against the body seals. After cutting and removing the excess plastic from the end faces of the dialyzer, all hollow membrane ends are open and form one level with the plastic surface. By the method according to the invention are the hollow membrane ends in the entry and exit areas in the area of the Plastic embedding is funnel-shaped and has rounded edges and together with the plastic a smooth, melted and cleaned upper surface.
Dabei werden entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren zuerst die Hohl membranen in einen zylindrischen Körper eingebracht, mittels eines Kunststoffes an den Enden in dem Körper fixiert und anschließend die Hohlmembranenden durch Abschneiden des Kunststoffes quer zu der Längsachse der Hohlmembranen freige legt. Dabei werden mindestens die Vorschnitte mittels mechanisch gestufter Trenn schnittfolgen quer zur Längsachse der Hohlmembranen entsprechend den Verfahren nach dem Stand der Technik durchgeführt. Anschließend wird erfindungsgemäß mindestens anstelle des letzten Feinschnittes eine Oberflächenbearbeitung mittels einer gepulsten Laserstrahlung im mittleren IR-Bereich durchgeführt.According to the method of the invention, the cavities are first membranes inserted into a cylindrical body by means of a plastic the ends fixed in the body and then through the hollow membrane ends Cutting the plastic free across the longitudinal axis of the hollow membranes sets. At least the pre-cuts are made by means of mechanically graded separation Sequences of cuts across the longitudinal axis of the hollow membranes according to the method carried out according to the prior art. Then according to the invention at least instead of the last fine cut, a surface treatment using a pulsed laser radiation in the middle IR range.
Dabei wird vorteilhafterweise eine Laserstrahlung mit Pulsdauern eingesetzt, die im µs- bis ns-Bereich liegt.Laser radiation with pulse durations is advantageously used, which in µs to ns range.
Es ist auch vorteilhaft, wenn Wellenlängen der Laserstrahlung eingesetzt werden, die im Bereich von 9 bis 11 µm liegen. It is also advantageous if wavelengths of the laser radiation are used, which are in the range of 9 to 11 µm.
Weiterhin wird vorteilhafterweise eine Laserstrahlung mit einer hohen Energiedichte eingesetzt, wobei diese Energiedichten insbesondere im Bereich von 8 bis 12,5 J/cm2 liegen können.Furthermore, laser radiation with a high energy density is advantageously used, these energy densities being in particular in the range from 8 to 12.5 J / cm 2 .
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ein CO2- TEA-Laser eingesetzt wird.It is also advantageous if a CO 2 - TEA laser is used in the method according to the invention.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird mindestens anstelle des letzten Fein schnittes eine Oberflächenbearbeitung mit einer gepulsten Laserstrahlung im mittle ren IR-Bereich eingesetzt.By the method according to the invention, at least instead of the last fine cut a surface treatment with a pulsed laser radiation in the middle ren IR range used.
Durch die Laserstrahlung wird die Oberfläche des die Hohlmembranenden enthal tenden Kunststoffs umgeschmolzen, ohne das Verbrennungen in der Kunststoffma trix oder an den Hohlmembranenden auftreten. Die so bearbeiteten Oberflächen weisen eine mikroskopisch glatte Oberfläche auf, die allen gestellten Anforderungen gerecht wird.The surface of the hollow membrane ends is contained by the laser radiation melted plastic without burning the plastic material trix or occur at the hollow membrane ends. The surfaces processed in this way have a microscopically smooth surface that meets all requirements justice.
Besonderes Merkmal und Vorteil der Laserbearbeitung sind die abgerundeten und trichterförmig aufgeweiteten Enden der Hohlmembranen, wie in Fig. 2 dargestellt.A special feature and advantage of laser processing are the rounded and funnel-shaped ends of the hollow membranes, as shown in Fig. 2.
Die trichterförmige Aufweitung ist dabei auf den Bereich der Hohlmembranenden im Kunststoff beschränkt, so daß keine Beeinträchtigung der Funktion des Dialysators erfolgt.The funnel-shaped expansion is in the area of the hollow membrane ends in the Restricted plastic, so that no impairment of the function of the dialyzer he follows.
Die trichterförmig aufgeweiteten Enden der Hohlmembranen ermöglichen ein besse res Ein- und Ausströmen der Flüssigkeiten und Vermindern oder Verhindern die Be schädigung insbesondere der roten Blutkörperchen bei Hämodialyse, wodurch die Gerinnungsgefahr minimiert wird.The funnel-shaped ends of the hollow membranes enable a better one Res inflow and outflow of liquids and reduce or prevent loading Damage in particular to the red blood cells during hemodialysis, which causes the Risk of coagulation is minimized.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß die Anzahl der mechanischen Schneidvorgänge auf ein Minimum reduziert werden kann, da die Bearbeitung mit der Laserstrahlung auch alle Feinschnitte ersetzen kann. Dabei ist die Qualität der Vorschnitte nach Verfahren nach dem Stand der Technik ausrei chend für die anschließende Laserbearbeitung. Die Schneidwerkzeuge der Vor schnitte haben eine wesentlich längere Standzeit, weil die Anforderungen geringer sind. Die aufwendigen Feinschnitte fallen teilweise oder ganz weg.Another advantage of the solution according to the invention is that the number mechanical cutting processes can be reduced to a minimum, since the Processing with laser radiation can also replace all fine cuts. It is the quality of the pre-cuts according to state-of-the-art methods is sufficient suitable for the subsequent laser processing. The cutting tools of the Vor Cuts have a significantly longer service life because the requirements are lower are. The elaborate fine cuts are partially or completely eliminated.
Ebenfalls ein Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist, daß eine glatte Oberfläche ohne Beschädigung des Kunststoffes in Folge elastischer Ausbrüche oder Riefen in der Oberfläche erzielt wird. Mit größeren möglichen Freiwinkeln wird dem Anhaften des Kunststoffes an den Messern vorgebeugt. Eine gequetschte oder ausgerissene Kunststoffoberfläche wird weitestgehend vermieden, bzw. durch die Laserbearbei tung wieder eingeglättet.Another advantage of the solution according to the invention is that a smooth surface without damaging the plastic as a result of elastic breakouts or scoring in the surface is achieved. With larger possible clearance angles, clinging becomes of the plastic on the knives prevented. A bruised or torn out Plastic surface is largely avoided, or by laser processing smoothed again.
Im weiteren wird die Erfindung an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Beispiel 2 den besten Weg zur Ausführung beschreibt.The invention is explained in more detail below using several exemplary embodiments, where Example 2 describes the best way to do it.
Dabei zeigenShow
Fig. 1 den Zustand der Hohlmembranenden nach dem Stand der Technik und Fig. 1 shows the state of the hollow membrane ends according to the prior art and
Fig. 2 den Zustand nach der erfindungsgemäßen Behandlung. Fig. 2 shows the state after the treatment according to the invention.
Zur Fixierung eines Bündels von Zellulosehohlmembranen im zylinderförmigen Kör per des Dialysators wird ein PUR-Klebstoff verwendet. Durch zwei Vorschnitte an jeder Stirnseite des Körpers wird überschüssiger PUR-Werkstoff soweit abgetragen, daß die Hohlmembranenden alle freigelegt sind. Die so vorbereiteten Oberflächen werden im Anschluß durch Umschmelzen mit Hilfe eines Lasers geglättet.For fixing a bundle of cellulose hollow membranes in the cylindrical body The dialyzer uses a PUR adhesive. By two pre-cuts Excess PUR material is removed from each face of the body, that the hollow membrane ends are all exposed. The surfaces prepared in this way are then smoothed by remelting using a laser.
Für die Laserbearbeitung wird ein CO2-TEA-Laser mit einer Leistung von 50 W, ei nem Wirkfleck von 1,21 cm2, einer Pulsdauer von 250 µs und einer Wellenlänge von 1060 nm verwendet. Die Bearbeitung der Gesamtfläche erfolgt durch eine Relativ bewegung zwischen Laserstrahl und Materialoberfläche.A CO 2 TEA laser with an output of 50 W, an active spot of 1.21 cm 2 , a pulse duration of 250 μs and a wavelength of 1060 nm is used for laser processing. The entire surface is processed by a relative movement between the laser beam and the material surface.
Nach der Laserbearbeitung ist die Filteroberfläche teilweise aufgeschmolzen und in diesem Zustand erstarrt, die Hohlmembranenden sind offen und trichterförmig auf geweitet. After laser processing, the filter surface is partially melted and in this state solidifies, the hollow membrane ends are open and funnel-shaped widened.
Zur Fixierung eines Bündels von Zellulosehohlmembranen im zylinderförmigen Kör per des Dialysators wird ein PUR-Klebstoff verwendet. Durch zwei Vorschnitte an jeder Stirnseite des Körpers wird überschüssiger PUR-Werkstoff soweit abgetragen, daß die Hohlmembranenden alle freigelegt sind. Die so vorbereiteten Oberflächen werden im Anschluß durch Umschmelzen mit Hilfe eines Lasers geglättet.For fixing a bundle of cellulose hollow membranes in the cylindrical body The dialyzer uses a PUR adhesive. By two pre-cuts Excess PUR material is removed from each face of the body, that the hollow membrane ends are all exposed. The surfaces prepared in this way are then smoothed by remelting using a laser.
Für die Laserbearbeitung wird ein CO2-TEA-Laser mit einer Leistung von 65 W, ei nem Wirkfleck von 1,21 cm2, einer Pulsdauer von 250 µs und einer Wellenlänge von 1060 nm verwendet. Die Bearbeitung der Gesamtfläche erfolgt durch eine Relativ bewegung zwischen Laserstrahl und Materialoberfläche.A CO 2 TEA laser with a power of 65 W, an active spot of 1.21 cm 2 , a pulse duration of 250 µs and a wavelength of 1060 nm is used for laser processing. The entire surface is processed by a relative movement between the laser beam and the material surface.
Nach der Laserbearbeitung ist die Filteroberfläche gleichmäßig aufgeschmolzen und in diesem Zustand erstarrt, die Hohlmembranenden sind offen und trichterförmig aufgeweitet. Die gleichmäßige Schmelzschicht weist eine Dicke von weniger als 1 mm auf.After laser processing, the filter surface is melted evenly and solidifies in this state, the hollow membrane ends are open and funnel-shaped expanded. The uniform melt layer has a thickness of less than 1 mm on.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine Verringerung der Stillstandszeiten von ca. 15% erreicht.The method according to the invention reduces downtimes reached by approx. 15%.
Die Herstellung des Dialysators erfolgt gemäß dem Verfahren nach Beispiel 2.The dialyzer is produced in accordance with the method of Example 2.
Für die Laserbearbeitung wird ein CO2-TEA-Laser mit einer Leistung von 78 W, ei nem Wirkfleck von 1,21 cm2, einer Pulsdauer von 250 µs und einer Wellenlänge von 1060 nm verwendet.A CO 2 TEA laser with a power of 78 W, an active spot of 1.21 cm 2 , a pulse duration of 250 μs and a wavelength of 1060 nm is used for laser processing.
Nach der Laserbearbeitung ist die Filteroberfläche gleichmäßig aufgeschmolzen und in diesem Zustand erstarrt, die Hohlmembranenden sind offen und trichterförmig aufgeweitet. After laser processing, the filter surface is melted evenly and solidifies in this state, the hollow membrane ends are open and funnel-shaped expanded.
11
geschnittene Oberfläche
cut surface
22nd
Kunststoff/Klebstoff
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33rd
Hohlmembran/Zellulosehohlmembran
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